數(shù)字化變電站系統(tǒng)介紹--入門篇

1、數(shù)字化變電站系統(tǒng)介紹-入門篇ac8d25722d1d382f7601f79d7243de95.pdf編寫目的：本文檔完全是數(shù)字化變電站的入門文檔，面向?qū)ο笫悄切?duì)數(shù)字化變電站感興趣的同事，希望通過(guò)此文檔消除各位對(duì)數(shù)字化站神秘性的印象，而如果能順便提起各位對(duì)數(shù)字化站的興趣那就功德圓滿了。1、定義：61850為數(shù)字化變電站提供了整套解決方案，是數(shù)字化變電站實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。61850標(biāo)準(zhǔn)包括很多方面，如總體要求、系統(tǒng)和工程管理、原理和模型、一致性測(cè)試等，太多，詳見“IEC61850變電站通信網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)系列標(biāo)準(zhǔn)”； 對(duì)于61850標(biāo)準(zhǔn)，一個(gè)字：太難！不過(guò)還好此文檔我們只關(guān)心實(shí)用部分。下面我就按照網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、

2、各層與常規(guī)站的主要不同、各層裝置的結(jié)構(gòu)、對(duì)時(shí)方式等方面做個(gè)簡(jiǎn)單介紹，力爭(zhēng)讓大家對(duì)數(shù)字化站有個(gè)面上的印象。為了方便理解，文檔最后對(duì)一些常見術(shù)語(yǔ)做簡(jiǎn)單說(shuō)明。2、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：采用分層分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，共分3層，分別為站控層、間隔層、過(guò)程層。 典型特征：一次設(shè)備智能化，二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化。從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上我們可以看出，數(shù)字化站比常規(guī)的綜自站多了一個(gè)過(guò)程層，這就是數(shù)字化站與常規(guī)站的最大不同。而過(guò)程層與間隔層之間取消了硬電纜，取而代之的是網(wǎng)絡(luò)通訊。大家可以這樣理解，最早的變電站數(shù)據(jù)采集直接通過(guò)電纜接到控制室的控制屏，隨著變電站自動(dòng)化的發(fā)展，有了間隔層裝置用來(lái)采集一次數(shù)據(jù)，這樣電纜由主控室改到了保護(hù)小室，保護(hù)小室與控制

3、室通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通訊。而數(shù)字化站又有了過(guò)程層設(shè)備采集一次數(shù)據(jù)，這樣電纜又由保護(hù)小室直接到了一次設(shè)備。（從這方面看，數(shù)字化站很省錢的，要知道銅啊鐵啊是很貴的，而且最近一直在漲）。由于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的改變，對(duì)過(guò)程層和間隔層設(shè)備都提出了要求，也就是：一次設(shè)備智能化，二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，一次設(shè)備具備了采集數(shù)據(jù)的能力，而二次設(shè)備（就是間隔層裝置）采集數(shù)據(jù)的方式由硬電纜改為了網(wǎng)絡(luò)。3、各層與常規(guī)站的主要不同過(guò)程層（一次設(shè)備）間隔層站控層常規(guī)變電站電磁式互感器，傳統(tǒng)開關(guān)傳統(tǒng)保護(hù)測(cè)控設(shè)備，電纜硬連接常規(guī)系統(tǒng)數(shù)字化變電站智能操作箱，MU合并單元；非常規(guī)互感器（EPT/ECT,OPT/OCT），智能機(jī)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)化裝置，網(wǎng)絡(luò)

4、化通訊-SV/GOOSE按照標(biāo)準(zhǔn)要求，增加一個(gè)61850系統(tǒng)配置器大家結(jié)合著網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來(lái)看上面的表。4、各層裝置的結(jié)構(gòu)通訊方式的改變使裝置的結(jié)構(gòu)有了很大變化，且看以下介紹。4.1過(guò)程層：包括智能操作箱和MU，還有數(shù)字互感器（非常規(guī)互感器）。4.1.1：智能操作箱組成操作箱的功能相當(dāng)于目前常規(guī)測(cè)控裝置（交流除外）和常規(guī)操作箱的集合。對(duì)于完整的數(shù)字化變電站來(lái)說(shuō)，此裝置應(yīng)該是集成在智能機(jī)構(gòu)中，但是由于一次設(shè)備的智能化是目前數(shù)字化站的最大難點(diǎn)，包括國(guó)際大公司比如ABB、siemens等的產(chǎn)品都不是很成熟（不必崇拜大公司，61850都10多年了還不完善，可見老外的智商也就那樣），所以才有了過(guò)渡產(chǎn)品智能操作

5、箱的出現(xiàn)。智能操作箱完成對(duì)一個(gè)間隔斷路器、刀閘的控制和采集工作，對(duì)間隔層設(shè)備具備2個(gè)獨(dú)立的GOOSE接口，對(duì)一次設(shè)備仍然為電纜接口。也就是說(shuō)，智能操作箱通過(guò)電纜接入一次設(shè)備（與傳統(tǒng)一樣），然后通過(guò)GOOSE報(bào)文的網(wǎng)絡(luò)方式上送給間隔層的保護(hù)、測(cè)控等裝置。其中，前面板測(cè)試口用于下載程序和配置，同時(shí)可以連接操作箱面板顯示軟件。此裝置就地安裝，一般安裝在開關(guān)柜上。4.1.2：合并單元的配置合并單元具備光纖接口和電纜接口，可以接入數(shù)字互感器和傳統(tǒng)互感器，具備12路互感器接口，按6+6配置，即可以支持12光、12電、6光6電三種配置。輸出為以太網(wǎng)或串口的數(shù)據(jù)。合并單元需要同步信號(hào)輸入。合并單元簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是

6、將電流、電壓數(shù)字互感器輸出來(lái)的數(shù)字量合并在一起，通過(guò)同步信號(hào)同步后，上送給間隔層裝置；也可以將傳統(tǒng)互感器過(guò)來(lái)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)然后上送給間隔層裝置。一句話，合并單元的功能就是：合并電流、電壓，模擬轉(zhuǎn)換成數(shù)字。按照數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)合并單元屬于過(guò)程層設(shè)備，需要就地安裝，但是由于mu的激光工作電源的溫度限制，經(jīng)常和間隔層裝置一樣組屏安裝在保護(hù)室。4.1.3：數(shù)字互感器主要包括電式和光式兩種特點(diǎn)：絕緣性能優(yōu)良，造價(jià)低。電磁式互感器一次側(cè)與二次側(cè)之間通過(guò)鐵心耦合，絕緣結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其造價(jià)隨電壓等級(jí)的升高呈指數(shù)關(guān)系上升。在光電式互感器中，高壓側(cè)信息通過(guò)光纖傳輸?shù)降蛪簜?cè)，其絕緣結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)一般隨電壓等

7、級(jí)的升高呈線性增加。消除了磁飽和、鐵磁諧振等問題。光電式互感器無(wú)鐵心，消除了磁飽和及磁諧振現(xiàn)象，互感器運(yùn)行暫態(tài)響應(yīng)好、穩(wěn)定性好。 暫態(tài)響應(yīng)范圍大。電磁式互感器因存在磁飽和問題，難以實(shí)現(xiàn)大范圍測(cè)量。光纖互感器有很寬的動(dòng)態(tài)范圍，一個(gè)測(cè)量通道額定電流可達(dá)到幾十安培至幾千安培，過(guò)電流范圍可達(dá)幾萬(wàn)安培，可同時(shí)滿足測(cè)量和繼電保護(hù)的需要。沒有易燃、易爆炸等危險(xiǎn)，無(wú)需檢壓檢漏 。非常規(guī)互感器一般無(wú)需油或SF6絕緣，避免了漏油、漏氣、爆炸等問題。二次側(cè)無(wú)開路、短路危險(xiǎn)。電磁式互感器二次回路存在開路和短路危險(xiǎn)，非常規(guī)互感器的高壓側(cè)與低壓側(cè)之間一般只存在光纖聯(lián)系，可保證高壓回路與低壓回路在電氣上完全隔離。頻率響應(yīng)范

8、圍寬。非常規(guī)互感器實(shí)際能測(cè)量的頻率范圍主要取決于互感器的電子電路部分，其極限頻帶在幾MHz以上，能很好地滿足電力系統(tǒng)故障錄波的要求。體積小、重量輕，運(yùn)輸方便。光纖互感器的傳感頭本身的重量一般小于1kg。美國(guó)西屋公司公布的345KV OCT高度為2.7m，重量為109kg。而同等電壓等級(jí)的充油電磁感應(yīng)式互感器高為6.1m，重量達(dá)7718kg，這給運(yùn)輸和安裝帶來(lái)了很大的不便?？闺姶鸥蓴_能力強(qiáng)。光纖互感器通過(guò)光纖信號(hào)傳遞信息，隔斷了電磁干擾的路徑，電磁干擾僅能通過(guò)場(chǎng)的方式偶合，其強(qiáng)度大大降低。簡(jiǎn)單一點(diǎn)：對(duì)于調(diào)試來(lái)講，非常規(guī)互感器與常規(guī)互感器最大的區(qū)別就是輸出的是數(shù)字信號(hào)。4.1.4：過(guò)程層交換機(jī)過(guò)程

9、層與間隔層之間采用的是網(wǎng)絡(luò)報(bào)文的方式傳送數(shù)據(jù)，交換機(jī)是必不可少的。由于過(guò)程層與間隔層之間傳送報(bào)文的重要性（GOOSE傳送開入、開出等，SV為采樣值），對(duì)交換機(jī)同樣提出了要求，以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目焖傩院涂煽啃浴Ｒ话銇?lái)說(shuō)，交換機(jī)需要具備的最基本要求是支持802.1Q（VLAN）和802.1P（優(yōu)先級(jí)）。交換機(jī)中使用基于802.1Q的VLAN后，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)流向的控制，輸入的GO和SV數(shù)據(jù)可以按配置輸出到需要的端口，不需要的端口無(wú)法輸出數(shù)據(jù)，VLAN可以實(shí)現(xiàn)跨交換機(jī)。交換機(jī)中使用基于802.1P的優(yōu)先級(jí)后，可以保證重要數(shù)據(jù)先傳送，次要次之，一般數(shù)據(jù)最后傳送，從而保證重要數(shù)據(jù)的快速傳送。在此，希望咱們四

10、方公司能夠盡快出相應(yīng)的交換機(jī)并成功打入數(shù)字化市場(chǎng)，要知道過(guò)程層交換機(jī)在數(shù)字化站的二次投資中占了相當(dāng)大的比例啊。4.2間隔層：包括保護(hù)裝置、測(cè)控裝置、測(cè)保一體裝置、低壓CSC200P系列；除低壓CSC200P之外，插件總體設(shè)計(jì)原則為過(guò)程層和站控層分開。重要改變：由于間隔層裝置需要的數(shù)據(jù)都是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送，取消了常規(guī)的電纜接線，所以數(shù)字化站間隔層裝置最大特點(diǎn)是見不到哈丁端子了，比如開入插件、開出插件、交流插件等全部取消，只有管理版和CPU插件；通訊的只有網(wǎng)絡(luò)接口了。下面是目前數(shù)字化站出現(xiàn)過(guò)的各種間隔層裝置的結(jié)構(gòu)。4.2.1測(cè)保一體裝置結(jié)構(gòu)一：對(duì)站控層：master板，采用MMS接口，最大支持3以太網(wǎng)

11、；對(duì)過(guò)程層：保護(hù)、測(cè)控CPU-每個(gè)CPU都具備獨(dú)立的SV輸入接口。GOOSE插件-保護(hù)和測(cè)控公用GOOSE插件，具備2個(gè)獨(dú)立的GOOSE接口。測(cè)試口用于下載程序和配置，同時(shí)可以連接操作箱面板顯示軟件。工程案例：唐山郭家屯4.2.2測(cè)保一體裝置結(jié)構(gòu)二：對(duì)站控層：master板，采用MMS接口，最大支持3以太網(wǎng)；對(duì)過(guò)程層：保護(hù)、測(cè)控CPU- CPU合一，具備公用的SV輸入接口。GOOSE插件-保護(hù)和測(cè)控公用GOOSE插件，具備2個(gè)獨(dú)立的GOOSE接口。測(cè)試口用于下載程序和配置，同時(shí)可以連接操作箱面板顯示軟件。工程案例：唐山樂亭4.2.3保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)：對(duì)站控層：master板，采用MMS接口，最大支

12、持3以太網(wǎng)；對(duì)過(guò)程層：具備公用的過(guò)程層輸入接口，同時(shí)接入GOOSE和SV。工程案例：嘉興田樂4.2.4測(cè)控裝置結(jié)構(gòu)：對(duì)站控層：master板，采用MMS接口，最大支持2以太網(wǎng)；對(duì)過(guò)程層：具備公用的過(guò)程層輸入接口，同時(shí)接入GOOSE和SV。工程案例：嘉興田樂4.3站控層：包括監(jiān)控、遠(yuǎn)動(dòng)、子站等?？偟膩?lái)說(shuō)，數(shù)字化站控層的要求同61850站。4.3.1監(jiān)控系統(tǒng)：我們公司監(jiān)控系統(tǒng)分為CSC2000和CSC2000 V2兩個(gè)版本，數(shù)字化站要求監(jiān)控系統(tǒng)采用V2。按照61850標(biāo)準(zhǔn)，在V2系統(tǒng)中集成了61850系統(tǒng)配置器，用于全站庫(kù)的建立。4.3.2遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)：要求同61850站，采用CSC1321系統(tǒng)。5、

13、對(duì)時(shí)方式：站控層設(shè)備使用SNTP網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)。間隔層測(cè)控、保護(hù)、測(cè)保一體裝置和過(guò)程層智能操作箱使用B碼對(duì)時(shí)或者IEEE1588。合并單元采用秒脈沖對(duì)時(shí)。6、常用術(shù)語(yǔ)： IED:智能設(shè)備，就是咱們現(xiàn)在說(shuō)的保護(hù)、測(cè)控，包括數(shù)字化的智能操作箱等等，就是比較前衛(wèi)的新稱呼而已。¿ ÕkæB¿¡bbs.sf-EõF'>1tß 互操作：不同廠家的IED之間能夠交換信息并能夠利用交換的信息完成各自的功能；舉例：四方的保護(hù)裝置跟別廠家的監(jiān)控通訊直接掛網(wǎng)，四方的保護(hù)可以和別的廠家的智能操作箱通過(guò)網(wǎng)絡(luò)直接通訊。¿ Õ

14、kæB¿¡bbs.sf-EõF'>1tß 模型：IED智能設(shè)備的功能描述文件；簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是點(diǎn)表，包括以前的四遙量、37/38報(bào)文、定值等等的集合，有了模型就無(wú)需再做點(diǎn)表了，后臺(tái)使用直接調(diào)取就可以了。¿ ÕkæB¿¡bbs.sf-EõF'>1tß GOOSE（Generic Object Oriented Substation Event）：通用面向?qū)ο蟮淖冸娬臼录?。大家都知道網(wǎng)絡(luò)完成保護(hù)功能最大的問題就是快速和可靠，GOOSE的提出就是為了使IED

15、之間更好的進(jìn)行通訊。¿ ÕkæB¿¡bbs.sf-EõF'>1tß MMS（Manufacturing Message Specification）：制造報(bào)文規(guī)范，說(shuō)白了，監(jiān)控和保護(hù)設(shè)備之間通訊使用的就是MMS，這是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)通訊標(biāo)準(zhǔn)，就跟2000規(guī)約的道理一樣，只不過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化了而已。¿ ÕkæB¿¡bbs.sf-EõF'>1tß VLAN（Virtual Local Area Network）:虛擬局域網(wǎng)，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)一個(gè)物理交換機(jī)的前提下通過(guò)軟件劃出好多虛擬的lan網(wǎng)。¿ ÕkæB¿¡bbs.sf-EõF'>1tß MU（merging unit）：合并單元，指的是把一次的光PT、光CT的遙測(cè)量合并起來(lái)。數(shù)字化變電站中的遙測(cè)量傳送都是數(shù)字的，IED設(shè)備需要的是同一時(shí)刻的電壓和電流量，MU的作用就是將光PT、光CT的采集量進(jìn)行合并后發(fā)給保護(hù)或測(cè)控裝置，以保證數(shù)據(jù)的時(shí)刻統(tǒng)一。¿ ÕkæB¿¡bbs.sf-EõF'&g